单片机学习-电气基础

电压与电流

电流的定义:大量的电荷有规则的移动形成电流.电流可分成两类:传导电流和对流电流.微观的电荷(电子,离子)相对于导体作有规则移动所形成的电流,称为传导电流;宏观的带电物体作机械运动所形成的电流,称为对流电流.我们规定正电荷移动的方向为电流的方向,即电流的方向是从高电位流向低电位.电压的定义:两点间的电压在数值上等于电场力把单位正电荷从高电位点移到低电位点所作的功.电压与电流的单位:

交流电与直流电

直流电

如下图所示,周期电流在任一瞬时数值(即瞬时值)的极性保持不变,这样的电流称为直流电.

交流电

如下图所示,周期电流随时间按函数规律周期性交变的电流,称为交流电。

交流电变化一周的时间称为周期 T,也就是波峰与波峰,波谷与波谷之间的时间,单位是 S.交流电在每秒时间内重复出现的次数称为频率 f,单位是赫兹,用 Hz表示.根据实际的需要,频率的高低可以分别用千赫(kHz)和兆赫(MHz)度量,它们之间的关系为:10kHz=103Hz 1MHz=106Hz周期和频率之间的关系是: f=1/T我国的电力系统的频率采用 50Hz,有些国家(如美国,日本)采用 60Hz.

电阻

电阻就是电流流过导体时所遇到的阻力,通常我们用符号 R表示.导体的电阻和所加的电位差及电流强度无关,而和导体材料性质及材料大小和形状有关系.经过研究,我们确定了横截面为 S,长度为 l的一段导体的电阻等于:

闭合电路

如图所示,电源(干电池)以外的导体所组成的部分为外电路,在外电路中正电荷从高电位流到低电位.电源里面的电路称为内电路.电源的作用是把正电荷从低电位经过内电路送到高电位.内电路和外电路连接而称为闭合电路。

欧姆定律

当电流通过一段均匀的导体而其温度保持不变时,电流强度 I和其两端的电压 V成正比,这就是一段电路的欧姆定律.可以用以下公式表示:

如果将 n个导体串联起来,则组合后的等值电阻 R之值,等于各个导体的电阻之和

电流的功和功率

设有一段导线,两端的电位差为 V,通过的电流强度为I.我们知道,电荷之所以能在导体内作有规则的移动,是因为受了导体内电场的力.因此,有电流通过的时候,电场就做了功.在静电学中,已知当电荷 q从高电位移到低电位时,电力所作的功为:

导体的电容

磁学

半导体

自 1948 年第一个晶体管问世以来,半导体技术有了飞跃的发展.由于半导体器件具有重量轻,体积小,耗电少,寿命长,工作可靠的优点,在现代农业,现代工业,现代科学技术和现代国防中得到广泛的应用.PN 结是构成各种半导体器件的共同基础,我们将讨论 PN 结的基本原理.所谓半导体,就是它的导电能力介于导体和绝缘体之间.如硅,锗,硒以及大数金属氧化物和硫化物都是半导体.很多半导体的导电能力在不同条件下有很大的差别.例如有些半导体对温度的反应特别灵敏,环境温度增高时,它的导电能力要增强很多.利用这种特性就做成了各种热敏元件.又如有些半导体(如硫化镉)受到光照时,它的导电能力变得很强;当无光照时,又变得象绝缘体那样不导电,利用这种特性就做成了各种光电元件.更重要的是,如果在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质后,它的导电能力就可增加几十万乃至几百万倍.半导体有如此特殊的导电特性,其根本原因在于事物内部的特殊性。

N 型半导体和 P 型半导体

PN 结

P 型半导体或 N 型半导体的导电能力虽然大大增强,但是并不能直接用来制造半导体器件.通常是在一块晶片上,采取一定的掺杂工艺措施,在两边分别形成 P型半导体和 N 型半导体,它们的交界面就形成 PN 结.PN 结是构成各种半导体器件的基础.

PN 结具有单向导电性.即在 PN 结上加正向电压时,PN 结电阻很低,正向电流较大(PN 结处于导通状态);加反向电压时,PN 结电阻很高,反向电流很小(PN 结处于截止状态).

半导体二极管

将 PN 结加上相应的电极引线和管壳,就成为半导体二极管.按结构分,二极管有点接触型和面接触型两类.点接触型二极管如图所示.它的 PN 结结面积很小,因此不能通过较大电流,但其高频性能好,故一般适用于高频和小功率的工作,也用作数字电路中的开关元件.面接触型二极管的 PN 结面积大,故可通过较大电流,但其工作频率较低,一般用作整流.

半导体三极管（晶体管）

半导体三极管(简称)晶体管是最重要的一种半导体器件.它的放大作用和开关作用促使电子技术飞跃发展. 晶体管的结构,目前最常见的有平面型和合金型两类.硅管主要是平面型,锗管都是合金型.不论平面型或合金型,都分成 NPN 或 PNP 三层,因此又把晶体管分为NPN 型和 PNP 型.其结构如图所示.

每一类都分成基区,发射区和集电区,分别引出基极 B,发射极 E 和集电极 C.每一类都有两个 PN 结.基区和发射区之间的结称为发射结,基区和集电区之间的结称为集电结.

门电路和组合逻辑电路

门电路的基本概念

在数字电路中,门电路是最基本的逻辑元件,它的应用极为广泛.所谓门,就是一种开关,在一定条件下它能允许信号通过,条件不能满足,信号就通不过.因此,门电路的输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑关系,所以,门电路又称为逻辑门电路.基本逻辑门电路有与门, 或门,和非门. 在分析逻辑电路时只用两种相反的工作状态,并用 1 和 0 来代表.例如:开关接通为 1 ,断开为 0 ;电灯亮为 1 暗为 0 ;晶体管截止为 1 ,饱和为 0 ;信号的高电平为 1 ,低电平为 0 等等. 1 是 0 的反面,0 也是 1 的反面.用逻辑关系式表示: